CH639789A5

CH639789A5 - SELF-MONITORING WARNING SYSTEM.

Info

Publication number: CH639789A5
Application number: CH747379A
Authority: CH
Inventors: Benno Perren
Original assignee: Benno Perren
Priority date: 1979-08-15
Filing date: 1979-08-15
Publication date: 1983-11-30
Also published as: GB2060871B; US4322721A; FR2466058A1; GB2060871A; FR2466058B1; DE3021705A1; JPS5633797A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbstüberwachende Warnanlage mit einer Überwachungs- und einer Warnschaltung. The present invention relates to a self-monitoring warning system with a monitoring and a warning circuit.

Warnanlagen werden überall dort verwendet, wo eine veränderliche Grösse überwacht und das Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts angezeigt werden soll. Bekannte Beispiele sind Anlagen zum Überwachen der Endstellung verschiebbarer Maschinenteile, der Temperatur oder der Konzentration von Verbrennungsgasen in Räumen, des Füllzustands von Behältern, der Erschütterung oder Beschädigung von Gebäudeöffnungen oder der Verformung bzw. Verschiebung von Geländeformationen und Gebäudewänden. Warning systems are used wherever a variable size is to be monitored and when a specified limit value is exceeded or undershot. Known examples are systems for monitoring the end position of displaceable machine parts, the temperature or the concentration of combustion gases in rooms, the filling status of containers, the vibration or damage to building openings or the deformation or displacement of terrain formations and building walls.

Eine erste Gruppe der bekannten Anlagen enthält passive Fühler, die von der zu überwachenden Grösse beeinflusst werden. Diese Fühler sind über eine elektrische Signalleitung mit einer elektronischen Überwachungsschaltung verbunden, die den Zustand des Fühlers periodisch abfragt und ein Alarmsignal erzeugt, wenn dieser Zustand nicht mehr im vorgegebenen Bereich liegt. A first group of known systems contains passive sensors which are influenced by the size to be monitored. These sensors are connected via an electrical signal line to an electronic monitoring circuit which periodically polls the state of the sensor and generates an alarm signal when this state is no longer within the specified range.

Eine zweite Gruppe bekannter Anlagen enthält aktive Fühler, die eine zugeordnete Energiequelle enthalten oder mit einer zentralen Energiequelle verbunden sind. Diese Fühler erzeugen ein Signal, sobald die überwachte Grösse einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet, das wiederum über eine elektrische Signalleitung an eine zentrale Überwachungsschaltung geleitet wird. Bei einigen Ausführungsformen solcher Anlagen wird für die Zuleitung der elektrischen Energie zum Fühler und für die Rückleitung des Überwachungssignals zur Überwachungsschaltung die gleiche elektrische Leitung verwendet. Warnanlagen sind vorzugsweise als selbstüberwachende Anlagen ausgebildet, die ein Anzeigesignal erzeugen, wenn Teile der Anlage nicht mehr funktionsfähig sind. A second group of known systems contains active sensors which contain an associated energy source or are connected to a central energy source. These sensors generate a signal as soon as the monitored variable exceeds or falls below a predetermined limit value, which in turn is sent to a central monitoring circuit via an electrical signal line. In some embodiments of such systems, the same electrical line is used for the supply of the electrical energy to the sensor and for the return of the monitoring signal to the monitoring circuit. Warning systems are preferably designed as self-monitoring systems that generate a display signal when parts of the system are no longer functional.

Die bekannten Anlagen weisen unabhängig von der speziellen Ausführungsform und Anwendung einige grundsätzliche Mängel auf. Ursache dieser Mängel sind die Verwendung von Fühlern, die elektrisch abgefragt werden oder selbst elektrische Signale erzeugen und die zum Abfragen bzw. Weiterleiten der Signale erforderlichen elektrischen Signalleitungen. In diesen Fühlern und den Leitungen können durch äussere elektrische oder magnetische Felder Störsignale induziert werden, die die Funktion der Anlage beeinträchtigen oder Falschmeldungen auslösen. Um diese Mängel zu beheben, müssen Fühler und Leitung elektrostatisch abgeschirmt werden, was teuer und bei manchen Fühlern ohne Benachteiligung ihrer Funktion gar nicht möglich ist. Weiter sind elektri- The known systems have some basic deficiencies, regardless of the specific embodiment and application. These deficiencies are caused by the use of sensors which are queried electrically or which themselves generate electrical signals and the electrical signal lines required to query or transmit the signals. In these sensors and the lines, external electrical or magnetic fields can induce interference signals that impair the function of the system or trigger false alarms. In order to remedy these deficiencies, the sensor and the line must be electrostatically shielded, which is expensive and is not possible for some sensors without their function being disadvantaged. Further electrical

2 2nd

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10 10th

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20 20th

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sehe Fühler und Signalleitungen in einer explosionsgefährdeten Umgebung nicht zulässig, obwohl gerade dort die Überwachung verschiedener Betriebsgrössen besonders notwendig ist. see sensors and signal lines not permitted in an explosive environment, although monitoring of various sizes of operation is particularly necessary there.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, eine selbstüberwachende Warnanlage zu schaffen, deren Fühler keine elektrische Speisespannung benötigen und deren Signalleitung zum Übertragen nichtelektrischer Signale geeignet ist. The object of the present invention is therefore to create a self-monitoring warning system, the sensors of which do not require an electrical supply voltage and whose signal line is suitable for transmitting non-electrical signals.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Warnanlage gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Überwachungsschaltung als freilaufender, opto-elektronischer Oszillator ausgebildet ist, mit einer lichtemittierenden Diode als Sender, einem flexiblen optischen Leiter als Leitung und einer Fotodiode als Empfänger für das oszillierende Überwachungssignal und die Warnschaltung mindestens einen monostabilen Kippschalter enthält, dessen Signaleingang mit der Überwachungsschaltung verbunden ist und der vom Überwachungssignal in den instabilen Schaltzustand geschaltet wird, wobei die Oszillationsfrequenz des Überwachungssignals grösser ist als die Kippfrequenz des Kippschalters, der darum im instabilen Schaltzustand verbleibt, solange seinem Signaleingang ein oszillierendes Überwachungssignal zugeführt wird und in den stabilen Schaltzustand kippt, sobald das Überwachungssignal unterbrochen ist. According to the invention, this object is achieved with a warning system, which is characterized in that the monitoring circuit is designed as a free-running, opto-electronic oscillator, with a light-emitting diode as a transmitter, a flexible optical conductor as a line and a photodiode as a receiver for the oscillating monitoring signal and the warning circuit contains at least one monostable toggle switch, the signal input of which is connected to the monitoring circuit and which is switched from the monitoring signal to the unstable switching state, the oscillation frequency of the monitoring signal being greater than the toggle frequency of the toggle switch, which therefore remains in the unstable switching state as long as its signal input is on oscillating monitoring signal is supplied and tilts into the stable switching state as soon as the monitoring signal is interrupted.

Die neue Warnanlage enthält keine elektrische Speiseleitung, die insbesondere in explosionsgefährdeter Umgebung eine potentielle Gefahr bildet, und in den optischen Leiter können praktisch keine Störsignale eingeleitet werden. Die neue Warnanlage ermöglicht darum eine bisher nicht erreichbare Betriebssicherheit. Weiter wird bei der neuen Anlage der optische Leiter für das Selbstüberwachungssignal und zugleich für das Anzeigesignal des oder der Fühler verwendet, was einen sehr einfachen und ökonomischen Aufbau der gesamten Anlage ermöglicht. Es ist sogar möglich, die Anlage ohne speziellen Fühler zu betreiben und den optischen Leiter als Fühler zu verwenden, der die Weiterleitung der Überwachungssignale unterbricht oder diese so stark schwächt, dass das Warnsignal ausgelöst wird. The new warning system does not contain any electrical feed line, which poses a potential danger, especially in potentially explosive environments, and practically no interference signals can be introduced into the optical conductor. The new warning system therefore enables operational reliability that was previously unattainable. The new system also uses the optical conductor for the self-monitoring signal and at the same time for the display signal of the sensor or sensors, which enables a very simple and economical construction of the entire system. It is even possible to operate the system without a special sensor and to use the optical conductor as a sensor that interrupts the transmission of the monitoring signals or weakens them so much that the warning signal is triggered.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen: Some exemplary embodiments of the invention are described below with the aid of the figures. Show it:

Fig. 1 das Prinzipschema einer für die neue Anlage besonders geeigneten Überwachungs- und Warnschaltung, 1 shows the basic diagram of a monitoring and warning circuit particularly suitable for the new system,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Signalleitung mit einem optischen Wandler, 2 shows the schematic representation of a signal line with an optical converter,

Fig. 3 die schematische Darstellung einer zum Überwachen eines Mauerrisses verwendeten Signalleitung, 3 shows the schematic representation of a signal line used for monitoring a wall crack,

Fig. 4 den Schnitt durch eine erste einfache Ausführungsform eines für die Temperaturüberwachung vorgesehenen Fühlers, 4 shows the section through a first simple embodiment of a sensor provided for temperature monitoring,

Fig. 5 den Schnitt durch eine zweite einfache Ausführungsform eines für die Temperaturüberwachung vorgesehenen Fühlers und Fig. 5 shows the section through a second simple embodiment of a sensor provided for temperature monitoring and

Fig. 6 den Schnitt durch eine einfache Ausführungsform eines zur Niveauüberwachung vorgesehenen Fühlers. Fig. 6 shows the section through a simple embodiment of a sensor provided for level monitoring.

Die Fig. 1 zeigt das Prinzipschema bevorzugter Ausführungformen von Überwachungs- und Warnschaltungen 10 bzw. 11, die für die neue Anlage besonders gut geeignet sind. Die beiden Schaltungen sind an eine gemeinsame Speisespannungsleitung 12,13 angeschlossen. Die Überwachungsschaltung enthält eine lichtemittierende Diode 15, deren einer Anschluss direkt und deren anderer Anschluss über einen Schalttransistor 16 mit der Speisespannungsleitung verbunden ist, sowie eine Fotodiode 17, deren einer Anschluss direkt und deren anderer Anschluss über einen Seriewiderstand 18 mit der Speisespannungsleitung verbunden ist. Die Schaltung enthält weiter einen Komparator 19, dessen nichtinvertieren-der Eingang mit einer Referenzspannungsquelle 20 und dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 22 mit dem Verbindungspunkt 23 zwischen der Fotodiode und dem zugeordneten Seriewiderstand und über einen Kondensator 24 mit einem Strang der Speisespannungsleitung verbunden ist. Vom Ausgang des Komparators führt eine Leitung 26 zur Steuerelektrode des mit der lichtemittierenden Diode in Serie geschalteten Transistors 16. Schliesslich gehört zur Überwachungsschaltung noch ein optischer Leiter 27, der sich von der lichtemittierenden Diode zur Fotodiode erstreckt und der vorzugsweise als flexible Glasfaser ausgebildet ist. Fig. 1 shows the basic diagram of preferred embodiments of monitoring and warning circuits 10 and 11, which are particularly well suited for the new system. The two circuits are connected to a common supply voltage line 12, 13. The monitoring circuit contains a light-emitting diode 15, one connection of which is connected directly and the other connection of which is connected to the supply voltage line via a switching transistor 16, and a photodiode 17 of which one connection is connected directly and the other connection of which is connected to the supply voltage line via a series resistor 18. The circuit further contains a comparator 19, the non-inverting input of which is connected to a reference voltage source 20 and the inverting input of which is connected via a resistor 22 to the connection point 23 between the photodiode and the associated series resistor and via a capacitor 24 to a strand of the supply voltage line. A line 26 leads from the output of the comparator to the control electrode of the transistor 16 connected in series with the light-emitting diode. Finally, the monitoring circuit also includes an optical conductor 27 which extends from the light-emitting diode to the photodiode and which is preferably designed as a flexible glass fiber.

Zur Beschreibung der Funktion dieser Überwachungsschaltung sei angenommen, dass die Referenzspannungsquelle 20 auf einen Wert eingestellt ist, der zwischen dem der beiden Speisespannungsleitungen 12,13 liegt und dass beim Einschalten der Speisespannung der Schalttransistor 16 den Strom leitet, so dass die lichtemittierende Diode 15 erregt wird und Licht in den optischen Leiter 27 einstrahlt. Das aus dem optischen Leiter austretende Licht beleuchtet dann die Fotodiode 17, deren Innenwiderstand dadurch verkleinert wird. Das hat zur Folge, dass die Spannung am Verbindungspunkt 23 und damit auch am invertierenden Eingang des Komparators 19 auf einen Wert absinkt, der kleiner ist als die Referenzspannung, so dass am Ausgang des Komparators ein positives Signal erscheint. Dieses positive Signal wird über die Leitung 26 an die Steuerelektrode des Schalttransistors 16 geleitet, der dadurch gesperrt wird. Durch das Sperren des Schalttransistors wird die lichtemittierende Diode stromlos und die Lichtemission unterbrochen. Damit ist auch die Beleuchtung der Fotodiode 17 unterbrochen, was zur Folge hat, dass deren Innenwiderstand und damit auch die Spannung am Verbindungspunkt 23 ansteigen. Sobald die Spannung am Verbindungspunkt und damit auch am invertierenden Eingang des Komparators über die Referenzspannung angestiegen ist, erscheint am Ausgang des Komparators ein negatives Signal, das den Transistor 16 wieder in den leitfähigen Zustand schaltet. To describe the function of this monitoring circuit, it is assumed that the reference voltage source 20 is set to a value that lies between that of the two supply voltage lines 12, 13 and that when the supply voltage is switched on, the switching transistor 16 conducts the current, so that the light-emitting diode 15 is excited and shines light into the optical conductor 27. The light emerging from the optical conductor then illuminates the photodiode 17, the internal resistance of which is thereby reduced. The result of this is that the voltage at the connection point 23 and thus also at the inverting input of the comparator 19 drops to a value which is less than the reference voltage, so that a positive signal appears at the output of the comparator. This positive signal is conducted via line 26 to the control electrode of switching transistor 16, which is thereby blocked. By blocking the switching transistor, the light-emitting diode is de-energized and the light emission is interrupted. This also interrupts the illumination of the photodiode 17, with the result that its internal resistance and thus the voltage at the connection point 23 increase. As soon as the voltage at the connection point and thus also at the inverting input of the comparator has risen above the reference voltage, a negative signal appears at the output of the comparator, which switches the transistor 16 back into the conductive state.

Auf diese Weise wird die lichtemittierende Diode 15 periodisch erregt und wieder abgeschaltet, wobei die Frequenz dieses periodischen Vorgangs im wesentlichen durch die Zeitkonstante des RC-Glieds 22,24 am invertierenden Eingang des Komparators bestimmt wird. In this way, the light-emitting diode 15 is periodically excited and switched off again, the frequency of this periodic process being essentially determined by the time constant of the RC element 22, 24 at the inverting input of the comparator.

Die Warnschaltung 11 enthält zwei monostabile Multivibratoren 30,31, deren Signaleingänge mit dem Ausgang des Komparators 19 der Überwachungsschaltung verbunden sind. Die beiden Multivibratoren sind im stabilen Schaltzustand, wenn das Signal am Steuersignaleingang Null oder negativ ist, und werden von einem positiven Steuersignal in den instabilen Zustand geschaltet. Der Ausgang jedes Multi-vibrators ist an die Steuerelektrode eines zugeordneten Schalttransistors 32,33 geführt. Der eine Schalttransistor 32 ist ein pnp-Transistor, dessen Emitter mit der positiven Schiene 12 der Speisespannungsleitung, und der andere Schalttransistor ist ein npn-Transistor, dessen Emitter mit der negativen Schiene 13 der Speisespannungsleitung verbunden ist. In der Verbindungsleitung zwischen den Kollektoren der beiden Transistoren ist die Erregerwicklung 34 eines Relais 35 angeordnet. Die Kontakte dieses Relais sind zum Schalten einer nichtgezeigten optischen oder akustischen Warneinrichtung vorgesehen. The warning circuit 11 contains two monostable multivibrators 30, 31, the signal inputs of which are connected to the output of the comparator 19 of the monitoring circuit. The two multivibrators are in the stable switching state when the signal at the control signal input is zero or negative and are switched to the unstable state by a positive control signal. The output of each multi-vibrator is led to the control electrode of an associated switching transistor 32, 33. One switching transistor 32 is a pnp transistor, the emitter of which is connected to the positive rail 12 of the supply voltage line, and the other switching transistor is an npn transistor, the emitter of which is connected to the negative rail 13 of the supply voltage line. The excitation winding 34 of a relay 35 is arranged in the connecting line between the collectors of the two transistors. The contacts of this relay are provided for switching an optical or acoustic warning device, not shown.

Für das Zusammenwirken dieser Warnschaltung mit der oben beschriebenen Überwachungsschaltung ist die Kippzeit der beiden Multivibratoren derart eingestellt, dass sie etwa um den Faktor 10 länger ist als die Periode der Überwachungsschaltung. Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform beträgt die Frequenz der Oszillation der Überwachungsschaltung etwa 20 bis 100 Hz, die Kippzeit der Multivibratoren etwa 0,1 bis 0,5 s. Im nichterregten stabilen Zustand erscheint am Ausgang des einen mit dem pnp-Transistor 32 For the interaction of this warning circuit with the monitoring circuit described above, the tilting time of the two multivibrators is set such that it is approximately 10 times longer than the period of the monitoring circuit. In a practically tested embodiment, the frequency of the oscillation of the monitoring circuit is approximately 20 to 100 Hz, the tipping time of the multivibrators is approximately 0.1 to 0.5 s. In the non-excited, stable state, pnp transistor 32 appears at the output of the one

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10 10th

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verbundenen Multivibrators 30 ein positives und am Ausgang des anderen mit dem npn-Transistor 33 verbundenen Multivibrators 31 ein negatives Ausgangssignal. connected multivibrators 30 a positive and at the output of the other multivibrator 31 connected to the npn transistor 33 a negative output signal.

Solange der Überwachungskreis 10 in der oben beschriebenen Weise oszilliert, erscheint am Ausgang des Komparators 19 ein ununterbrochener Impulszug, der an die Steuersignaleingänge der beiden monostabilen Multivibratoren 30,31 geleitet wird und diese in den instabilen Zustand schaltet. Dann erscheint am Ausgang des einen Multivibrators 30 ein negatives und am Ausgang des anderen Multivibrators 31 ein positives Signal, welche Signale den zugeordneten pnp-Transistor 32 bzw. npn-Transistor 33 in den leitfähigen Zustand schalten, so dass Strom durch die Relaiswicklung 34 fliesst und der oder die Relaiskontakte angezogen werden. Weil die Kippzeit der Multivibratoren grösser ist als die Impulsfolgefrequenz des Impulssignalzugs, bleiben die Multivibratoren solange im erregten instabilen Zustand, wie ihren Eingängen der Impulssignalzug zugeführt wird. Sobald die Oszillation des Überwachungskreises unterbrochen wird und unabhängig davon, ob dieser Unterbruch durch den Ausfall der Speisespannung oder eines der elektrischen Bauelemente, durch eine Unterbrechung des optischen Leiters 27 oder eine Unterbrechung der Weiterleitung der optischen Signale durch einen in der Signalleitung angeordneten Fühler bewirkt wird, fallen die beiden Multivibratoren in den stabilen Schaltzustand. Dann erscheint am Ausgang des einen Multivibrators 30 ein positives Ausgangssignal, das den zugeordneten pnp-Transistor 32 sperrt und am Ausgang des anderen Multivibrators 31 ein negatives Ausgangssignal, das den zugeordneten npn-Transistor 33 sperrt. Die beiden Transistoren unterbrechen dann den Strom durch die Wicklung 34 des Relais 35, so dass dessen Kontakt oder Kontakte abfallen und den Erregerkreis für die Warneinrichtung einschalten. As long as the monitoring circuit 10 oscillates in the manner described above, an uninterrupted pulse train appears at the output of the comparator 19, which is passed to the control signal inputs of the two monostable multivibrators 30, 31 and switches them into the unstable state. Then a negative signal appears at the output of one multivibrator 30 and a positive signal at the output of the other multivibrator 31, which signals switch the assigned pnp transistor 32 or npn transistor 33 into the conductive state, so that current flows through the relay winding 34 and the relay contact (s) are tightened. Because the tipping time of the multivibrators is greater than the pulse repetition frequency of the pulse signal train, the multivibrators remain in the excited, unstable state as long as their inputs are supplied with the pulse signal train. As soon as the oscillation of the monitoring circuit is interrupted and regardless of whether this interruption is caused by the failure of the supply voltage or one of the electrical components, by an interruption in the optical conductor 27 or an interruption in the forwarding of the optical signals by a sensor arranged in the signal line, the two multivibrators fall into the stable switching state. Then a positive output signal appears at the output of one multivibrator 30, which blocks the assigned pnp transistor 32, and a negative output signal appears at the output of the other multivibrator 31, which blocks the assigned npn transistor 33. The two transistors then interrupt the current through the winding 34 of the relay 35, so that its contact or contacts drop out and switch on the excitation circuit for the warning device.

Die Fig. 2 zeigt schematisch eine zweiteilige Signalleitung mit einem ersten optischen Teilleiter 40 und einem zweiten optischen Teilleiter 41. Der erste optische Teilleiter führt von einer lichtemittierenden Diode 15' zu einem Lichtwandler 42, der zweite optische Teilleiter von dem Lichtwandler zu einer Fotodiode 17'. Zwischen dem Ende des zweiten optischen Teilleiters und der Fotodiode ist noch ein optisches Filter 43 vorgesehen. 2 schematically shows a two-part signal line with a first optical partial conductor 40 and a second optical partial conductor 41. The first optical partial conductor leads from a light-emitting diode 15 'to a light converter 42, the second optical partial conductor from the light converter to a photodiode 17'. . An optical filter 43 is also provided between the end of the second optical partial conductor and the photodiode.

Beim Betrieb dieser Signalleitung wird das von der Diode 15' emittierte Licht vom Lichtwandler 42 in Licht anderer Wellenlänge umgewandelt, und es wird eine Fotodiode 17' verwendet, die vom Licht des Lichtwandlers, aber nicht vom Licht der lichtemittierenden Diode erregt wird. Für diesen Zweck geeignete Wandler sind handelsüblich und beispielsweise unter der Bezeichnung IR-Wandlerschirm Typ IRW 2525 käuflich. Die Anwendung eines Lichtwandlers in der Signalleitung verunmöglicht, die Leitung durch einen ungewollten oder gewollten optischen Nebenschluss zwischen der lichtemittierenden Diode und der Fotodiode zu überbrücken, was die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Warnanlage ganz wesentlich erhöht. In operation of this signal line, the light emitted by the diode 15 'is converted by the light converter 42 into light of a different wavelength, and a photodiode 17' is used which is excited by the light from the light converter but not by the light from the light-emitting diode. Converters suitable for this purpose are commercially available and can be bought, for example, under the name IR converter screen type IRW 2525. The use of a light converter in the signal line makes it impossible to bridge the line through an unwanted or deliberate optical shunt between the light-emitting diode and the photodiode, which significantly increases the reliability and operational safety of the warning system.

Es versteht sich, dass zwischen der lichtemittierenden Diode und der benachbarten Endfläche des ersten optischen Teilleiters ebenso wie zwischen den beiden Flächen des Lichtwandlers und den zugeordneten Enden der beiden Teilleiter bzw. dem Austrittsende des zweiten Teilleiters und der Fotodiode vorteilhafterweise optische Abbildesysteme angeordnet sind, die eine optimale optische Kopplung zwischen diesen Bauelementen gewährleisten. Solche Systeme sind jedem Fachmann bekannt, weshalb auf deren Beschreibung hier absichtlich verzichtet wird. It goes without saying that between the light-emitting diode and the adjacent end face of the first optical subconductor, as well as between the two faces of the light transducer and the associated ends of the two subconductors or the exit end of the second subconductor and the photodiode, optical imaging systems are advantageously arranged which Ensure optimal optical coupling between these components. Such systems are known to any person skilled in the art, which is why their description is intentionally omitted here.

Bei der neuen Warnanlage wird das Warnsignal ausgelöst, sobald die optische Kopplung zwischen der lichtemittierenden Diode und der Fotodiode stark geschwächt oder unterbrochen wird. Dieser Zustand kann dadurch erreicht werden, With the new warning system, the warning signal is triggered as soon as the optical coupling between the light-emitting diode and the photodiode is severely weakened or interrupted. This state can be achieved

dass die Signalleitung direkt oder mit Hilfe eines in diese Leitung eingebauten und gegebenenfalls rückstellbaren Fühlers unterbrochen wird oder die Übertragungsqualität des optischen Leiters mindestens in einem begrenzten Längenbereich verändert wird. that the signal line is interrupted directly or with the aid of a sensor which can be reset and, if necessary, reset, or that the transmission quality of the optical conductor is changed at least within a limited length range.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Signalleitung 52 einer Warnanlage, die zum Überwachen der Änderung eines Mauerrisses 51 verwendet wird und die ein Warnsignal erzeugt, wenn die Verbreiterung dieses Mauerrisses die Dehnung der Signalleitung übersteigt und diese zerreisst. Dazu ist die Signalleitung über den Riss in der Mauer 50 gespannt und mit geeigneten Befestigungselementen 53, 54 an der Wand befestigt. Sobald durch die Verbreiterung des Mauerrisses die Signalleitung zerrissen ist, wird, wie oben ausführlich beschrieben wurde, die Oszillation des freilaufenden optoelektronischen Oszillators unterbrochen und das Warnsignal ausgelöst. 3 schematically shows the signal line 52 of a warning system which is used to monitor the change in a wall crack 51 and which generates a warning signal when the widening of this wall crack exceeds the elongation of the signal line and tears it apart. For this purpose, the signal line is stretched over the crack in the wall 50 and fastened to the wall with suitable fastening elements 53, 54. As soon as the signal line is torn due to the widening of the wall crack, the oscillation of the free-running optoelectronic oscillator is interrupted and the warning signal is triggered, as was described in detail above.

Es versteht sich, dass das gleiche Prinzip auch auf andere Anwendungen übertragen werden kann, beispielsweise zur Überwachung der Durchbiegung hochbelasteter Brücken, der Versetzung von aufgeschütteten Staudämmen, von rutschgefährdeten Hängen und von Baugruben. It goes without saying that the same principle can also be applied to other applications, for example for monitoring the deflection of highly stressed bridges, the displacement of built-up dams, slopes that are prone to slipping and construction pits.

Das beschriebene Prinzip kann mit besonderem Vorteil für Sicherheitsanlagen zum Überwachen geschlossener Räume oder Behälter verwendet werden. Bei solchen Sicherheitsanlagen wird die Signalleitung derart in eine Wand oder die Tür des zu überwachenden Raums bzw. Behälters eingelegt, dass sie beim gewaltsamen Durchbrechen der Wand bzw. Öffnen der Tür zerrissen oder zerbrochen wird. Wie bereits oben erwähnt, sind entsprechende Warnanlagen mit einem elektrischen Leiter als Signalleitung schon bekannt. Im Gegensatz zu diesen bekannten Anlagen ist es bei der neuen Warnanlage nicht möglich, in der Signalleitung Störsignale zu induzieren oder die Leiterschlaufe, insbesondere wenn sie einen Lichtwandler gemäss der Fig. 2 enthält, kurzzuschliessen. The principle described can be used with particular advantage for security systems for monitoring closed rooms or containers. In such security systems, the signal line is inserted into a wall or the door of the room or container to be monitored in such a way that it is torn or broken when the wall is broken through or the door is opened. As already mentioned above, corresponding warning systems with an electrical conductor as a signal line are already known. In contrast to these known systems, it is not possible with the new warning system to induce interference signals in the signal line or to short-circuit the conductor loop, especially if it contains a light converter according to FIG. 2.

Die Fig. 4 zeigt den Schnitt durch eine sehr einfache Ausführungsform eines in die Signalleitung eingebauten rückstellbaren Temperaturfühlers, der beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur die Weiterleitung des Überwachungssignals unterbricht. Das Gehäuse dieses Fühlers besteht aus einer zylindrischen Gehäusewand 60 mit einem angeformten Bodenteil 61 und einem eingepassten Stopfen 62. An der Innenseite der Gehäusewand sind zwei Lagerblöcke 63,64 befestigt, auf denen ein Bimetallstreifen 65 beweglich gehaltert ist. Der Bimetallstreifen ist aus einer kalottenförmigen Bimetallschnappscheibe geschnitten und weist darum eine definierte Sprungtemperatur auf. Im Bodenteil 61 des Gehäuses ist das freie Ende einer ersten Glasfaser 4 shows the section through a very simple embodiment of a resettable temperature sensor built into the signal line, which interrupts the transmission of the monitoring signal when a predetermined temperature is exceeded. The housing of this sensor consists of a cylindrical housing wall 60 with an integrally formed bottom part 61 and a fitted plug 62. Two bearing blocks 63, 64 are fastened on the inside of the housing wall, on which a bimetal strip 65 is movably held. The bimetallic strip is cut from a spherical bimetallic snap disc and therefore has a defined crack temperature. In the bottom part 61 of the housing is the free end of a first glass fiber

67 und im Stopfen 62 das freie Ende einer zweiten Glasfaser 67 and in the plug 62 the free end of a second glass fiber

68 gehaltert. Die Endflächen der beiden Glasfasern sind sehr nahe benachbart und miteinander ausgerichtet, so dass das aus der einen Glasfaser austretende Licht zum überwiegenden Teil in die andere Glasfaser eintritt. 68 supported. The end faces of the two glass fibers are very close to one another and aligned with one another, so that the light emerging from one glass fiber predominantly enters the other glass fiber.

Die Gehäusewand 60 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material oder weist eine Vielzahl Perforierangen auf, so dass die Temperatur im Gehäuseinneren praktisch der Umgebungstemperatur entspricht. Wenn diese Temperatur ansteigt und die vorgegebene Sprungtemperatur des Bimetallstreifens übersteigt, springt dieser in die gestrichelt gezeigte Stellung und lenkt dabei das freie Ende der anliegenden Glasfaser 68 aus, welche Stellung in Fig. 4 mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist. In dieser Stellung ist die Lichtweiterleitung zwischen den beiden Glasfasern 67, 68 unterbrochen. The housing wall 60 consists of a good heat-conducting material or has a large number of perforation rods, so that the temperature inside the housing practically corresponds to the ambient temperature. When this temperature rises and exceeds the predetermined crack temperature of the bimetallic strip, it jumps into the position shown in dashed lines and deflects the free end of the adjacent glass fiber 68, which position is shown in FIG. 4 with dashed lines. In this position, the light transmission between the two glass fibers 67, 68 is interrupted.

Die Fig. 5 zeigt einen für die neue Warnanlage geeigneten Fühler, der als Teil des optischen Leiters ausgebildet und zum Ändern der Übertragungsqualität dieses Leiters vorgesehen ist. Der Fühler enthält ein zylindrisches Gehäuse 70 mit einem angeformten Bodenteil 71 und einer Verschlusskappe FIG. 5 shows a sensor suitable for the new warning system, which is designed as part of the optical conductor and is provided for changing the transmission quality of this conductor. The sensor contains a cylindrical housing 70 with a molded-on base part 71 and a closure cap

5 5

10 10th

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20 20th

25 25th

30 30th

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40 40

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72. Die Gehäuseinnenwand ist mit einer schwarzen Auskleidung 73 versehen. Der optische Signalleiter ist als Glasfaser 74 ausgebildet, und das Gehäuse ist über einen Bereich 76 dieser Glasfaser geschoben, in dem der Fasermantel abgelöst ist und der Faserkern 77 freiliegt. Der Gehäuseinnenraum ist mit einem feinkristallinen, im erstarrten Zustand weiss erscheinenden Wachs 78 ausgefüllt, welches Wachs einen vorgegebenen Erstarrungspunkt aufweist. 72. The housing inner wall is provided with a black lining 73. The optical signal conductor is designed as glass fiber 74, and the housing is pushed over an area 76 of this glass fiber in which the fiber cladding is detached and the fiber core 77 is exposed. The interior of the housing is filled with a finely crystalline wax 78 which appears white in the solidified state and which wax has a predetermined solidification point.

Solange die Temperatur des Fühlers unterhalb der Erstarrungstemperatur des Wachses liegt, wird das aus dem Kern der Glasfaser austretende Signallicht zum grösseren Teil in den Kern zurückreflektiert. Auf diese Weise wird das Signallicht nur graduell geschwächt, und die Empfindlichkeit des Signalempfängers der Überwachungsschaltung kann ohne besondere Massnahmen so eingestellt werden, dass der Verlust an Signalhöhe den freilaufenden Oszillator nicht beeinträchtigt. Sobald die Umgebungstemperatur des Fühlers über die Erstarrungstemperatur des Wachses ansteigt und dieses schmilzt und transparent wird, gelangt das aus dem Faserkern austretende Licht auf die schwarze Auskleidung 73, wo es absorbiert wird. Auf diese Weise wird das Signallicht so stark geschwächt, dass die Funktion des Oszillators in der Überwachungsschaltung unterbrochen und das Warnsignal ausgelöst wird. As long as the temperature of the sensor is below the solidification temperature of the wax, the signal light emerging from the core of the glass fiber is largely reflected back into the core. In this way, the signal light is only gradually weakened, and the sensitivity of the signal receiver of the monitoring circuit can be set without special measures so that the loss of signal level does not affect the free-running oscillator. As soon as the ambient temperature of the sensor rises above the solidification temperature of the wax and this melts and becomes transparent, the light emerging from the fiber core reaches the black lining 73, where it is absorbed. In this way, the signal light is weakened to such an extent that the function of the oscillator in the monitoring circuit is interrupted and the warning signal is triggered.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Fühlers gezeigt, mit dem die Übertragungsqualität des Signalleiters verändert werden kann. Dieser Fühler enthält ein Gehäuse 80 mit einem angeformten Bodenteil 81 und einer Verschlusskappe 82. Die zylindrische Gehäusewand weist mehrere relativ grosse Perforierungen 83, 84 auf. Durch den Bodenteil und die Verschlusskappe ist der als Glasfaser 86 ausgebildete optische Leiter geführt. Der Fasermantel ist im Gehäuseinneren längs eines Bereiches 88 abgelöst, so dass der Faserkern 87 freiliegt. 6 shows a further embodiment of a sensor with which the transmission quality of the signal conductor can be changed. This sensor contains a housing 80 with a molded-on base part 81 and a closure cap 82. The cylindrical housing wall has several relatively large perforations 83, 84. The optical conductor designed as glass fiber 86 is guided through the base part and the closure cap. The fiber cladding is detached along an area 88 in the interior of the housing, so that the fiber core 87 is exposed.

Diese Ausführungsform eines Fühlers ist als Niveauanzeiger für Flüssigkeiten vorgesehen. Durch geeignete, jedem Fachmann mögliche Auswahl des Materials für den Faserkern kann erreicht werden, dass das Signallicht zum überwiegenden Teil im Faserkern verbleibt, solange der Innenraum des Fühlers mit Luft gefüllt ist und zum überwiegenden Teil aus dem Faserkern austritt, sobald der Innenraum mit der zu 5 überwachenden Flüssigkeit angefüllt ist. This embodiment of a sensor is provided as a level indicator for liquids. By suitable selection of the material for the fiber core, which is possible for any person skilled in the art, it can be achieved that the signal light remains for the most part in the fiber core as long as the interior of the sensor is filled with air and for the most part emerges from the fiber core as soon as the interior with the 5 monitoring liquid is filled.

Es ist auch möglich, solche Signalleitungen zu verwenden, deren Übertragungsqualität von einer zu überwachenden Grösse direkt verändert wird, ohne dass dafür ein besonderer Fühler erforderlich ist. Ein Beispiel für eine solche Signallei-io tung ist eine optische Faser, bei der mindestens der Fasermantel aus einem organischen Polymer besteht, das sich bei einer vorgegebenen Temperatur zersetzt und dabei eine schwarze, das Signallicht absorbierende Schicht bildet. Eine solche Faser ist ein optimaler Temperaturmelder, der auf sei-i5 ner gesamten Länge temperaturempfindlich und darum von örtlich verteilten Temperaturfühlern unabhängig ist. It is also possible to use signal lines whose transmission quality is directly changed by a variable to be monitored, without the need for a special sensor. An example of such a signal line is an optical fiber, in which at least the fiber cladding consists of an organic polymer that decomposes at a predetermined temperature and thereby forms a black layer that absorbs the signal light. Such a fiber is an optimal temperature detector that is temperature sensitive over its entire length and is therefore independent of locally distributed temperature sensors.

Es versteht sich, dass die neue Anlage an unterschiedliche spezielle Betriebsbedingungen angepasst und entsprechend modifiziert werden kann. Beispielsweise kann anstelle einer 20 lichtemittierenden Diode auch eine Metallfadenlampe oder eine Laserlichtquelle und anstelle der einen optischen Faser kann ein Faserbündel verwendet werden, wobei das Material der Faser bzw. der Fasern entsprechend der Wellenlänge des zu übertragenden Lichts gewählt wird. Zwischen der Licht-25 quelle und dem Lichtempfänger und den zugeordneten Enden des optischen Leiters können optische Systeme verwendet werden, die das Licht optimal in den Leiter ein- bzw. aus dem Leiter auskoppeln. Schliesslich ist es auch möglich» die Warnschaltung mit nur einem Multivibrator und nachge-30 schaltetem Transistor zu bauen, ohne dass dadurch deren Funktion beeinträchtigt wird. It goes without saying that the new system can be adapted to different special operating conditions and modified accordingly. For example, a metal filament lamp or a laser light source can be used instead of a light-emitting diode and a fiber bundle can be used instead of one optical fiber, the material of the fiber or fibers being selected according to the wavelength of the light to be transmitted. Optical systems can be used between the light source and the light receiver and the associated ends of the optical conductor, which optimally couple the light into or out of the conductor. Finally, it is also possible »to build the warning circuit with only one multivibrator and a transistor connected in series without impairing its function.

Die beispielsweise beschriebenen Ausführungsformen der neuen Anlage können mit handelsüblichen elektronischen und optischen Elementen aufgebaut werden, weshalb auf eine 35 weitere detaillierte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. The embodiments of the new system described, for example, can be constructed with commercially available electronic and optical elements, which is why a further detailed description of these elements is dispensed with.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

639 789 PATENT CLAIMS

1. Self-monitoring warning system with a monitoring and a warning circuit, characterized in that the monitoring circuit (10) is designed as a free-running, optoelectronic oscillator, with a light-emitting diode (15) as a transmitter, a flexible optical conductor (27) as a line and a photodiode (17) as a receiver for the oscillating monitoring signal and the warning circuit (11) contains at least one monostable toggle switch (30, 31), the signal input of which is connected to the monitoring circuit and which is switched into the unstable switching state by the monitoring signal, the oscillation frequency of the monitoring signal is greater than the toggle frequency of the toggle switch, which therefore remains in the unstable switching state as long as an oscillating monitoring signal is fed to its signal input and tilts into the stable switching state as soon as the monitoring signal is interrupted.

2. Warning system according to claim 1, characterized in that the monitoring circuit (10) has a transistor (16) connected in series with the light-emitting diode (15) and a resistor (18) connected in series with the photodiode (17), and a Comparator (19) whose non-inverting input is connected to a presettable reference voltage (20) and whose inverting input is connected to the connection point (23) between the photodiode and resistor and whose output is connected to the control electrode of the transistor.

3. Warning system according to claim 2, characterized in that between the connection point (23) and the inverting input of the comparator (19) an RC element (22, 24) is provided which determines the frequency of the free-running opto-electronic oscillator .

4. Warning system according to claim 1, characterized in that the warning circuit (11) contains a relay (34, 35), the field winding (34) of which is connected to the supply voltage line (12, 13) via at least one switching transistor (32, 33) and the output of the at least one monostable toggle switch (30, 31) is connected to the control electrode of the associated switching transistor (32 or 33), the monostable toggle switch in the unstable switching state emitting an output signal which switches the switching transistor into the conductive state, so that when Interrupting the monitoring signal and tipping the toggle switch into the stable switching state the excitation of the relay is interrupted.

5. Warning system according to claim 1, characterized in that the optical conductor (27) is designed as a loop,

the beginning of which is optically coupled to the light-emitting diode (15) and the end of which is optically coupled to the photodiode (17).

6. Warning system according to claim 5, characterized in that the optical conductor (40, 41) interacts with at least one light converter (42) which emits light of a different wavelength when the light emitted by the diode (15 ') is irradiated and the photodiode ( 17 ') is excited by the light of the light converter.

7. Warning system according to claim 1, characterized in that the optical conductor (67,68) contains at least one sensor (Fig. 4) for the size to be monitored, which sensor interrupts the forwarding of the optical monitoring signal if the size to be monitored via a predetermined value increases or falls below such a value.

8. Warning system according to claim 1, characterized in that the optical conductor (52) is used as a sensor for the size to be monitored (Fig. 3).

9. Warning system according to claim 8, characterized in that the optical conductor (52) for monitoring a change in length is mechanically fastened to at least two fastening elements subject to this change in length (53, 54).

10. Warning system according to claim 1, characterized in that the core (77, 87) of an optical conductor designed as a glass fiber (74, 86) for monitoring the change in the reflectivity and / or the optical refractive index of its surroundings in at least one area (76, 88) is exempt from the conductor sheath.

11. Warning system according to claim 9, characterized in that the optical conductor for monitoring a maximum temperature has at least part of its length a conductor jacket, the optical reflectivity undergoes a change at this maximum temperature.

12. Warning system according to claim 11, characterized in that the conductor jacket consists of an organic polymer.